测量学教案第一章.docx
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测量学教案第一章
第一章绪论
§1.1测量学的任务及其在建筑工程中的作用
教学目标：
使学生了解测量学的定义和建筑工程测量的主要任务。
重点难点：
测量学的基本概念及在工程建设各阶段的主要任务。
教学内容：
一．测量学的基本概念
1、基本概念
测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和海底）点位的科学。
2、测量工作分类
测量工作可分为两类：
测定和测设。
测定：
将地面已有的特征点位和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息，供工程建设的规划设计和行政管理之用。
测设：
将工程建设的设计位置及土地规划利用的界址划分在实地标定，作为施工和定界的依据。
测设又称施工放样。
二、测量学的分类
1、大地测量学：
研究地球表面广大地区的点位测定及整个地球的形状、大小和变化及地球重力场测定的理论和方法的学科。
由于人造地球卫星和空间技术的利用，测量又分为常规大地测量和卫星大地测量两种。
2、地形测量学：
研究将地球表面局部地区的自然地貌、人工建筑和行政权属界线等测绘成地形图、地籍图的基本理论和方法的学科。
3、摄影测量学：
研究利用航空和航天器对地面摄影或遥感，以获取地物和地貌的影像和光谱，并进行分析处理，从而绘制成地形图的基本理论和方法的学科。
4、工程测量学：
研究工程建设在设计、施工和管理阶段中所需要进行的测量工作的基本理论和方法的学科。
包括工程控制测量、土建施工测量、设备安装测量、竣工测量和工程变形观测等。
三、在工程建设各阶段的主要任务
建筑工程测量是运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务。
工程建设一般分为勘测设计、施工建设、运营管理三个阶段，在这三个阶段中测量工作的主要任务是：
勘测设计阶段——控制，测绘地形图
施工建设阶段——施工放样，竣工测量
运营管理阶段——安全监测，变形观测
四、土木工程、工程管理等专业的学生学习本课程的目的
要求学生达到掌握普通测量学的基本知识和基础理论；能正确使用工程水准仪、工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法；在工程设计和施工中，具有正确应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般工程施工测设的能力，以便能灵活应用所学测量知识为其专业工作服务。
课后作业：
1、测量学的研究对象是什么？
2、测定与测设有何区别？
§1.2我国测量学发展概况
教学目标：
使学生了解测量学科的历史、发展现状。
重点难点：
测量学科的发展现状。
教学内容：
一．测量学的发展概况
1．我国古代测量学的成就
（1）长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——最早的可见的古地图。
（2）北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。
（3）清朝康熙年间，1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇兴全图》。
2．目前测量学发展状况及展望
（1）测量室内外一体化。
（2）GPS（Globalpositioningsystem）的发展。
（3）RS（Remotesense）的发展。
（4）GIS（Geographicinformationsystem）的发展。
（5）3S技术的结合,和数字地球的概念。
§1.3地面点位的确定
教学目标：
理解各种坐标系的定义，掌握测量工作的基本概念及基本原则。
重点难点：
各种坐标系的定义及异同。
教学内容：
一、地球的形状和大小
1、地球自然形体：
是一个不规则的几何体，海洋面积约占地球表面的71%。
2、大地水准面：
设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。
3、大地体：
大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。
4、参考椭球体及参考椭球面
由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。
该几何体必须满足两个条件：
①形状接近地球自然形体；
②可以用简单的数学公式表示。
参考椭球体：
一个非常接近大地体，并可用数学式表示几何形体，作为地球的参考形状和大小。
它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。
参考椭球面：
参考椭球体外表面，是球面坐标系的基准面。
旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率α决定。
我国目前采用的参考椭球体的参数为：
长半轴a=6378140m
扁率α==
测量精度要求不高时，可把地球看作圆球，其平均半径R=6371km。
二、测量工作的基准线和基准面
测量工作的基准线—铅垂线。
测量工作的基准面—大地水准面。
测量内业计算的基准线—法线。
测量内业计算的基准面—参考椭球面。
三、确定地面点位的方法
在测量工作中，我们一般用：
某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定。
（一）地面点的高程
（1）绝对高程H（海拔）——地面点到大地水准面的铅垂距离。
（2）相对高程H’——地面点到假定水准面的铅垂距离。
（3）高差——hAB=HB-HA=H’B-H’A
（4）我国的高程系统
主要有：
1985国家高程系统
1956黄海高程系统
地方高程系统。
如：
珠江高程系统。
其中，我国的水准原点建在青岛市观象山，在1985年国家高程系统中，其高程为米；在1956年黄海高程系统中的高程为米。
（二）地面点在投影面上的坐标
坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。
1、地理坐标（属于球面坐标系统）
适用于：
在地球椭球面上确定点位。
2、平面直角坐标
适用于：
测区范围较小，可将测区曲面当作平面看待。
其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：
（1）测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）
（2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。
相同点：
数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。
测量上的平面直角坐标数学上的平面直角坐标
（三）高斯平面直角坐标
适用于：
测区范围较大，不能将测区曲面当作平面看待。
1、6°带的划分
（1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0°开始，将整个地球分成60个带，6°为一带。
（2）公式：
——中央子午线经度；N——投影带的带号。
2、3°带的划分
从东经
开始，将整个地球分成120个带，3°为一带。
有：
——中央子午线经度；N——投影带的带号。
3、我国高斯平面直角坐标的表示。
方法：
（1）为了避免坐标出现负值先将自然值的横坐标Y加上500000米；
（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。
如：
国家投影坐标为（51000，20637680），则其所在的6°带的带号为多少？
在带号内的自然坐标为多少？
（20带，51000，137680）
思考题
1、何谓大地水准面？
它在测量工作中的作用是什么？
2、何谓绝对高程和相对高程？
两点之间绝对高程之差和相对高程之差是否相等？
3、测量工作中所用的平面直角坐标系与数学上的有哪些不同之处？
4、高斯平面直角坐标系是怎样建立的？
5、某点的经度为118°50′，试计算它所在的六度带和三度带号，相应的六度带和三度带的中央子午线经度是多少？
§1.4用水平面代替水准面的限度
教学目标：
使学生了解地球曲率对距离和高程的影响。
重点难点：
地球曲率对距离和高程的影响
教学内容：
一、对距离的影响
水准面上弧长为S，其所对圆心角为θ，地球的半径为R。
水平面上直线长为t，其差值为ΔS。
相对差值：
上式中取R=6371km，则
S/km
ΔS/mm
ΔS/S
5
1
1/4870000
10
8
1/1220000
20
66
1/304000
50
1027
1/48700
结论：
在半径为10km的圆面积内进行长度的测量时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。
二、对高程的影响
用水平面代替大地水准面时，对高程的影响：
S/km
1
10
Δh/mm
7850
结论:
地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加以考虑。
思考题：
用水平面代替水准面，对距离、水平角和高程有何影响？
§1.4测量工作概述
教学目标：
使学生对测量工作的基本内容和基本原则有初步的认识。
重点难点：
测量工作的基本内容和基本原则
教学内容：
一、测量工作的基本内容
测量工作的主要目的是确定点的坐标和高程。
待定点的坐标和高程一般不是直接测定的,而是观测已知点和待定点之间的几何位置关系，然后计算出待定点的坐标和高程。
基本内容：
高差测量（h）、角度测量（β、α）、距离测量（S、D）
外业工作：
测定和测设。
内业工作：
观测数据处理和绘图。
二、测量工作的基本原则
1、布局上“由整体到局部”，精度上“由高级到低级”，工作次序上“先控制后细部”。
2、又一原则。
即：
“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。
优点：
①减少误差积累；②避免错误发生；③提高工作效率。
思考题：
1、测量工作的两个原则及其作用是什么？
2、确定地面点位的三项基本测量工作是什么？
课后作业：
教材第11页习题2、3、5、7、8、9题。
测量学课程电子教案
第1章绪论
一、学习目的与要求
学习目的
了解现代普通测量学概况、清楚学习《现代普通测量学》的目的和要求。
学习要求
1.了解测绘学与测量学的关系、现代测绘学的发展现状。
2.掌握地球空间信息学（Geomatids）的定义和概念。
3.了解现代测绘学的在国民经济及工程建设中的作用。
4.清楚学习课程的目的和要求。
5.了解测量学的任务及它与专业培养目标的关系。
二、课程内容与知识点
1.测绘学研究的对象，测绘学的分科，现代测绘学的发展现状，我国测绘事业的发展。
2.地球空间信息学（Geomatids）与现代测绘学的任务。
3.现代测绘学的在国民经济及工程建设中的作用。
三、习题与思考题
1.测绘学研究的内容是什么？
2.Geomatids的含义是什么？
3.现代测绘学的任务是什么？
4.测量学在土木工程建设中有哪些作用？
四、考核目标与要求
识记：
测绘学的定义，测绘学研究的对象。
领会：
Geomatids的含义，现代测绘学发展的特点、涉及的行业。
第2章测量学的基础知识
一、学习目的与要求
1.掌握测量学的基础知识，清楚参照系的选择以及地面点定位的概念。
2.了解水准面与水平面的关系。
3.明确测量工作的基本概念。
测量工作的基本原则。
5.充分认识普通测量学的主要内容。
二、课程内容与知识点
1.地球特征，大地水准面的形成，地球椭球选择与定位。
地球形状和大小。
水准面的特性。
参考椭球面。
2.确定点位的概念。
点的平面位置和高程位置。
3.测量中常用的坐标系统，坐标系间的坐标转换。
天文坐标（λ，φ），大地坐标（L，B），空间直角坐标（X，Y，Z），高斯平面直角坐标（x，y），独立平面直角坐标（x，y）。
高斯投影中计算带号的公式：
计算中央子午线的公式：
4.地面点的高程。
1985年国家黄海高程基准。
高程与高差的关系：
。
5.用水平面代替水准面的限度。
对距离的影响：
对水平角的影响：
对高差的影响：
6.测量工作的基本概念。
测量工作的原则：
从整体，到局部；先控制，后碎部；步步检核。
测量工作的内容：
地形图测绘，施工测量。
三、习题与思考题
1.何谓大地水准面？
我国的大地水准面是怎样定义的？
它在测量工作中起何作用？
2.参考椭球和地球总椭球有何区别？
3.测量中常用的坐标系有几种？
各有何特点？
不同坐标系间如何转换坐标？
4.北京某点的大地经度为116º20′，试计算它所在的六度带和三度带带号，相应六度带和三度带的中央子午线的经度是多少？
5.什么叫绝对高程？
什么叫相对高程？
两点间的高差如何计算？
测量中的基准线与基准面？
在实际测量中如何与基准线与基准面建立联系？
什么是测量计算与制图的基准线与基准面？
7.测量工作的基本原则是什么？
那些是基本工作？
四、考核目标与要求
识记：
大地水准面，1985年国家高程基准，绝对高程与相对高程。
定位参照系及定位元素。
经度，纬度，直角坐标。
测量工作的基本原则。
测量工作的基本内容，测绘地形图及施工测量的概念。
领会：
参照系的形成，大地水准面与参考椭球面、垂线与法线的区别。
高斯投影的概念，高斯坐标系的建立、高斯坐标的表示。
测量平面直角坐标系与数学平面直角坐标系的不同之处，测量工作原则。
简单应用：
高斯—克吕格坐标系横坐标自然值与通用值的关系，高程与高差的确定。
第3章水准测量
一、学习目的与要求
学习目的
掌握水准测量的相关知识，做好水准测量实施前的技术准备，通过水准测量的实验，达到独立操作水准仪，完成多个测站水准测量的观测、检核、成果整理所必须具备的实践能力。
学习要求
1.深刻理解水准测量的原理和高程传递要领。
2.清楚水准仪的构造，及其主要轴线的关系。
3.掌握水准仪的操作要领，能够完成水准测量中的观测、检核、记录、计算，及水准测量路线的成果计算。
水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪。
5.清楚水准仪的检验与校正方法
6.了解引起水准测量误差的因素，及相应的消除、削弱这些误差的方法。
二、课程内容与知识点
1.水准测量原理。
高差法：
前视与后视；仪高法：
视线高。
转点的概念。
公式：
2.水准仪及其使用
DS3微倾式水准仪的构造，内对光望远镜成像原理，望远镜放大率。
水准管零点，水准器的分划值。
视准轴、水准管轴、圆水准器轴、仪器竖轴。
满足条件：
水准管轴平行于望远镜视准轴，圆水准器轴平行于仪器竖轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴，。
水准仪操作步骤：
立尺，置架，粗平，照准，精平，读数，记录，搬站。
视差及其消除方法。
水准尺：
塔尺，单面尺，双面尺及尺常数。
尺垫。
水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪及数字水准仪的构造及使用。
4.水准测量实施
水准点：
永久性水准点。
临时性水准点。
水准路线：
附合水准路线，闭合水准路线，支水准路线。
水准网，水准结点。
普通水准测量的一般要求，施测程序。
公式：
测站检核方法：
双仪高法，双尺面法。
公式：
水准测量成果整理：
高差闭合差的计算检核、高差改正数的计算、高差改正数的分配原则。
5.DS3水准仪的检验与校正
水准仪轴线应满足的条件：
圆水准器轴平行于仪器竖轴，水准管轴平行于望远镜视准轴，十字丝中横丝垂直于仪器竖轴。
圆水准器轴的检验校正；
水准管轴的检验校正；
十字丝中横丝的检验校正。
6.水准测量误差
仪器及工具误差：
视准轴与水准管轴不的误差平行，望远镜对光时调焦透镜运行的误差，水准尺的误差。
观测误差：
水准管气泡居中的误差∆，估读水准尺的误差mV，水准尺倾斜的误差∆b。
公式：
外界条件的影响：
地球曲率的影响，大气折光的影响f，仪器升沉的影响，尺垫下沉的影响，温度变化对视准轴与水准管轴夹角的影响。
公式：
四、习题与思考题
1.设A为后视点，B为前视点，A点的高程是20.123m.当后视读数为1.456m,前视读数为1.579m,问A、B两点的高差是多少?
B、A两点的高差又是多少？
绘图说明B点比A点高还是低?
B点的高程是多少?
2.何为视准轴?
何为视差?
产生视差的原因是什么?
怎样消除视差?
3.水准仪上圆水准器与管水准器的作用有何不同?
，何为水准器分划值？
4.转点在水准测量中起到什么作用？
5.水准仪有哪些主要轴线？
它们之间应满足什么条件？
什么是主条件？
为什么？
6.水准测量时要求选择一定的路线进行施测，其目的何在？
7.水准测量时，前、后视距相等可消除那些误差？
8.试述水准测量中的计算校核方法。
9.水准测量中的测站检核有那几种？
如何进行？
10.数字水准仪主要有那些特点？
11.将图中的水准测量数据填入表中，A、B两点为已知高程点HAm，HBm，计算并调整高差闭合差，最后求出各点高程。
测站
测点
水准尺读数
实测高差
/m
高差改正数
/mm
改正后高差
/m
高程
/m
后视（a）
前视（b）
Ⅰ
BMA
1
Ⅱ
1
2
Ⅲ
2
3
Ⅳ
3
BMB
计算
检核
Σ
A、B两点相距80m，水准仪安置于中点C，测得A尺上的读数a1为1.321m，B尺上的读数b1为1.117m,仪器搬到B点附近,又测得B尺上读数b2为1.466m,A尺读数为a2为1.695m。
试问水准管轴是否平行于视准轴？
如不平行，应如何校正？
13.试分析水准尺倾斜误差对水准尺读数的影响，并推导出其计算公式。
14.调整如图所示的闭合水准测量路线的观测成果，并求出各点高程，HIm。
四、考核目标与要求
识记：
水准点，转点，水准管分划值，视差，视准轴，水准管零点，水准管轴，圆水准器轴，仪器竖轴，水准尺常数等概念。
记录计算、观测及成果检核方法。
闭合水准路线，附合水准路线，高差改正数，容许误差的计算，闭合差调整，成果计算方法。
领会：
高差法、仪高法计算高程。
双面尺分划特征。
内对光望远镜成像原理。
符合水准器与微倾螺旋运动之间的关系。
自动安平原理，补偿器的光学特性，平行玻璃板测微器读数原理。
圆水准器、管水准器、十字丝中横丝，等三项检校和方法。
仪器误差、观测误差、外界条件对观测成果的影响；水准尺尺长误差，水准尺分划误差，水准尺零点差，气泡居中误差，水准尺倾斜的误差，地球曲率的影响，大气折光的影响，仪器升沉的影响，尺垫下沉的影响。
简单应用：
置架、粗平、照准、精平、读数、记录、扶尺、搬站等的操作要领，运用双仪高法和双面尺法作测站检核。
水准测量误差的消除和削弱的相应对策；自动安平水准仪的使用。
综合应用：
选点，定标志，闭合或附和水准路线的布设，普通水准测量的实施，水准测量成果的计算。
第4章角度测量
一、学习目的与要求
学习目的
认识经纬仪的组成部分及其用途，清楚角度测量原理，掌握测角方法。
通过实验，达到独立操作经纬仪，完成水平角、竖直角的观测、检核、成果整理所必须具备的实践能力。
学习要求
1.理解水平角及竖直角测角原理
清楚光学及电子经纬仪的构造及相应的读数系统。
3.清楚经纬仪的主要轴线及其之间的关系。
4.掌握经纬仪的操作要领。
5.学会用测回法测水平角，竖直角，计算竖盘指标差。
6.了解测角误差的来源、性质及消除、削弱误差的对策。
二、课程内容与知识点
1.角度测量原理
水平角的定义，水平角的测量原理。
竖直角的定义，仰角，俯角。
竖直角的测量原理。
公式：
水平角β=b–a0<β<3600
2.经纬仪及角度测量
DJ6级光学经纬仪的构造：
照准部，水平度盘，基座。
视准轴、水准管轴、横轴、仪器竖轴。
满足条件：
水准管轴垂直于仪器竖轴，望远镜视准轴垂直于横轴，横轴垂直于仪器竖轴；圆水准器轴平行于仪器竖轴，十字丝竖丝垂直于仪器横轴。
分微尺测微装置，度盘格值，复测机构，读数方法。
光学经纬仪使用操作步骤：
对中，整平，瞄准（消除视差），读数，记录。
水平角观测（测回法）：
安置仪器，盘左观测、盘右观测，方向读数。
半测回角值。
公式：
方向观测法：
技术要求。
竖直角观测：
竖盘部分：
竖盘，竖盘指标，竖盘指标水准管，竖盘指标水准管微倾螺旋。
盘左、盘右读数规律。
竖直角计算公式：
α左=900-L（或α左=L-900）
α右=R-2700（或α右=2700-R）α<|900|
竖盘指标差：
3.经纬仪的检验与校正
经纬仪应满足的条件。
照准部水准管轴的检验校正。
望远镜十字丝纵丝的检验校正。
望远镜视准轴的检验校正。
照准部横轴的检验校正。
竖盘指标差的检验校正。
光学对中器的检验校正。
经纬仪与光学经纬仪的区别
读数系统：
编码度盘，光栅度盘，格区式度盘。
5.水平角测量误差
仪器误差：
仪器校正后的残余误差。
照准部偏心差、度盘刻划误差。
观测误差：
对中误差。
标杆倾斜误差，照准误差，读数误差。
外界条件影响。
三、习题与思考题
1.分别说明水准仪和经纬仪的安置步骤，并指出它们的区别。
2.什么是水平角？
经纬仪为何能测水平角？
3.什么是竖直角？
观测水平角和竖直角有哪些相同点和不同点？
4.对中、整平的目的是什么？
如何进行？
若用光学对中器应如何对中？
水平角观测数据。
测站
竖盘位置
目标
水平盘读数
º′″
半测回角值
º′″
一测回角值
º′″
各测回平均角值
º′″
I测回
O
左
A
0º36′24″
B
108º12′36″
右
A
180º37′00″
B
288º12′54″
II测回
O
左
A
90º10′00″
B
197º45′42″
右
A
270º09′48″
B
17º46′06″
6.经纬仪上的复测板手和度盘位置变换手论的作用是什么？
若将水平度盘起始读数设定为0º00′00″，应如何操作？
7.简述测回法观测水平角的操作步骤？
c是何含义？
为何要计算2c，并检核其互差。
9.计算表中方向观测阿水平角观测成果。
测站
测
回
数
目
标
水平度盘读数
2c=左-（右±180º）
″
平均读数=[左+（右±180º）]/2
归零后方向值
º′″
各测回归零方向值的平均值
º′″
各测回方向间的水平角
º′″
盘左读数
º′″
盘右读数
º′″
O
1
A
00236
1800236
B
702336
2502342
C
D
A
2281924
2541754
00230
281930
741754
1800236
2
A
900312
2700312
B
1602406
3402354
C
D
A
3182000
3441830
900318
1381954
1641824
2700312
10.何谓竖盘指标差？
如何计算、检核和校正竖盘指标差？
11.整理表中竖角观测记录。
测站
目标
竖盘位置
竖盘读数
º′″
竖直角
º′″
指标差
″
平均竖直角
备注
O
M
左
75º30′04″
顺时针注记
右
284º30′17″
N
左
101º17′23″
右
258º42′50″
12.经纬仪上有哪些主要轴线？
它们之间应满足什么条件？
为什么？
13.角度观测为什么要用盘左、盘右观测？
能否消除因竖轴倾斜引起的水平角测量误差？
14.望远镜视准轴应垂直于横轴的目的是什么？
如何检
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